بابیت چیست؟

 بابیت چیست؟

 تاریخچه و خصوصيات آلياژ  بابیت  ( Babbitt Metals )

آیزاک بابیت در سال 1839 میلادی جعبه ای را توسط آلیاژ نرمی با پایه قلع پوشش دادو ثبت این اختراع به پیدایش و توسعه یاتاقانهای بابیتی انجامید.

او درسال 1839 با آميختن 3/89 درصد قلع، 9/8 درصد آنتيموان و 8/1 درصد مس، ماده‌اي براي ياتاقانهاي دستگاه‌هاي نوين صنعتي در آمريكا ساخت.

دولت ایالات متحده آمریکا مبلغ 20000 دلار برای امتیاز حق استفاده از فرمول بابیت در کارهای دولتی و نیز انجمن خیریه مهندسان مکانیک ماساچوست در سال 1841 مدال طلایی به او اعطاء کردند.

نام دیگر بابیت فلز سفید بوده و این آلیاژ بعنوان بهترین ماده برای یاتاقان بوده و بعنوان مرجع برای مقایسه با سایر مواد لحاظ می شود. امروز هر کجا چرخ صنعت می چرخد بابیت به عنوان یک آلیاژ فدا شونده حضوری فعال داشته و مسولیتی  بسیار سنگین در صنعت فولاد سازی ، سیمان ، دفاعی ،    پترو شیمی ، نفت ، گاز ، کشتی سازی ، هواپیما سازی ، پالایشگاه ها ، نیروگاه ها ، انرژی اتمی ، سدها ،معادن و ... را عهده دار می باشد.

 بابیتها معمولا بصورت پوششهای نازك بر روی یاتاقانهای فولادی و یا برنزی تعبیه میشود و در مواردی كه بار و ظرفیت سنگین اعمال میشود میزان ضخامت این لایه افزایش پیدا می كند .

بابیتها نسبت به سایر مواد ظرفیت بار و مقاومت پایینی دارند، مقاومت این ماده با افزایش دما كاهش می یابد برای رفع این محدودیت لایه میانی از یك ماده مستحكم و مقاوم در برابر خستگی بین پوسته و لایه سطحی بابیت استفاده میشود.

جنس یاتاقانها غالبا نیاز به سایر مواد را برطرف میكند. بابیتها بهترین مواد از لحاظ قابلیت تطبیق و در خود نشانی را دارا هستند. همچنین مقاومت در برابر خراشیدگی مطلوبی از خود نشان میدهد. بابیتها قالبا پایه قلع و سرب میباشند.

یاتاقانهای پایه قلع از نظر خواص و ویژگی با پایه سرب متفاوت بوده و از نظر هزینه نسبت به یاتاقانهای پایه سرب گرانتر است. مقاومت بابیت سرب در برابرخستگی نسبت به بابیت پایه قلع بیشتر می باشد.

محورهایی كه در تماس با این یاتاقانها میباشند نیازی به سخت شدن ندارند به همین دلیل در سایر یاتاقانهای دیگر در منطقه تماس بین محور و یاتاقان در شرایطی كه قابلیت تطبیق و یا در خود نشانی پایین باشد نیاز به سختكاری میباشد.

فرمول بابیت بسیار خوب است ولی متأسفانه مسأله رقابت و گران بودن مواد، تولید تقلبی این فلز را رواج داده است و فرمول اصلی آن همیشه دنبال نمی‏شود مگراینکه قرار باشد آلیاژ در معرض آزمون و تجزیه شیمیایی قرار بگیرد.

از نظر مقاومت به خوردگی بابیتهای قلع مقاومترین ماده می باشند.

آلياژ بابيت بر اساس استاندارد ASTM B23 انتخاب و ريخته گري مي شود.

امروزه عناصری مثل مس و آرسنیک نیز به بابیتها اضافه شده است که این آلیاژ ها قابلیت تحمل بار بالا و حداکثر سختی 32 برینل را دارا میباشند.

عده ای اندک از صنعتگران کشورمان بر اساس يك سری مشاهدات در کار گاه های کوچک و محقر بدون اطلاعات کافی از نقش بابیت ، یاتاقان و بوش های بابیتی در چرخه ی صنعت کشور به روش سنتی ( استاتیک) با استفاده مجدد از بابیت های کهنه و فرسوده اقدام به باز سازی یاتاقان و بوش های صنایع مختلف کشورمی نمایند در حالی که ذرات ساینده موجود در بابیت های کهنه و فرسوده یاتاقان ها و بو شینگ ها و... را فرا گرفته و خسارات سرسام آوری را در پی خواهد داشت و گاهی اوقات حتی سبب انهدام ناگهانی یاتاقان ها و بوش ها می گردد.

بعضی دیگر از کاربردهای بابیت :
1 - اتصال بین مته و میله اصلی دستگاه های حفاری
2 - جهت اتصال بین بکسل های قطور ( با قطر حدود 20 سانتی متر ) جهت حمل مواد مذاب
3 - مهار کردن ضربات بین اجسام بسیار حساس و بزرگ

بابيت بايد دارای قابلیت تغییر شکل تحت تنشهای موضعی باشد،یعنی نرم باشد.
 بابيت  بايد  مواد ضد سایش (مثل روغن) را بر سطح خود نگه دارد.
بین سر محور و یاتاقان،ضریب اصطکاک کوچکی به وجود اورد.

بابیت بايد دارای سختی کافی باشد ولی نه انقدر که سبب سائیدگی اضافی سر محور شود.

بابیتها به آسانی توسط روغن تر میشوند و یک لایه روغن روی سطح آنها تشکیل میشود .در مقابل خوردگی مقاوم بوده و قابلیت ریخته گری خوبی نیز دارند و خواص مکانیکی خود را تا دمای حدود 120 درجه سانتیگراد حفظ میکنند.

 بابیتهای پایه سرب دارای عناصر قلع و آنتیموان میباشند که این عناصر باعث افزایش استحکام و سختی سرب میشود.آنتیموان حداکثر تا 18 درصد باعث بهبود خواص بابیت میشود اما بیشتر از آن سبب ترد شدن و شکنندگی بابیت می گردد.

همچنین افزودن قلع به سرب و آنتیموان باعث بهبود خواص مکانیکی و ریختگی بابیت میشود.آلیاژهای سرب – آنتیموان – قلع جایگزین مناسبی برای آلیاژهای پایه قلع نیستند اما برای کاربردهای با دما و فشار پایین مناسبند.

 خواص اصطکاکی مناسب ،مقاومت خوردگی مناسب و قیمت پایین آلیاژهای سرب-قلع –آنتیموان آنها را برای کاربردهای بسیاری مناسب کرده است .

 آلیاژهای سرب- آنتیموان – آرسنیک از جهت حفظ سختی و استحکام در دمای بالا با آلیاژهای پایه قلع برابری می کنند.

با بیت ها باید با مقررات زیر نیز مطابق باشند:
1- نقطه ذوبشان نباید بالا باشند (بابیتهایی بر پایه – قلع ، دارای نقطه ذوبی در برد از 180 درجه سانتیگراد تا 240 درجه سانتیگراد بوده).
2- باید پس از ریخته شدن به داخل یاتاقان، محکم به دیوارهایش بچسبند.
3- باید دارای هدایت حرارتی و مقاومت خوردگی خوبی باشند.

برای داشتن تمام این ویژگی هااین آلیاژ (بابیتها) بایستی:
از نظر سختی دارای غیر یکنواختی ساختماتی باشند ، یعنی باید شامل یک زمینه خمیری باشند که ذرات سختی در آنها جا گرفته است.
به هنگام چرخش ذرات سخت و مقاوم به سائیدگی،سر محور را نگه میدارند.
در حالی که زمینه نرم تر که بیشتر تحت تاثیر سائیدگی قرار میگیرد شیارهای باریکی تشکیل می دهند که مواد ضد سایش (مثل روغن)، از این شیارها گذشته و محصولات سائیدگی را منتقل میکنند.

ریخته گری بابیت (بابیت ریزی)

 بابیت به روشهای مختلف از جمله:

1-     ریخته گری گریز از مرکز (سانتریفیوژ)              

2-     ثقلی

3-     متال اسپری                                                                                    

روی سطوح یاتاقان پوشش داده میشود.

بابيت ريزي به روش سانتريفيوژ بر روي بیس چدني و فولادي و برنزي صورت مي  گيرد. بدلیل فشار حاصل از نیروی گریز از مرکز و انجماد جهت دار ، ساختار بابیت از نظر متالورژیکی نسبت به ریخته گری ثقلی یکنواخت تر بوده و خواص مکانیکی بالاتری به همراه خواهد داشت .

در ریخته گری سانتریفیوژ پوسته یاتاقان حول محور خود با دوری مناسب با قطر (1000 – 100 دور در دقیقه ) به دوران درمی آید و در همین حین بابیت مذاب به داخل پوسته تزریق میشود.

در این روش به خاطر نیروی گریز از مرکز بابیت با یک ساختار ریز دانه و یکنواخت به سطح بیس چسبیده و کلیه ی نا خالصی ها به سطح داخلی آمده که در عملیات ماشین کاری حذف می گردد و کیفیت محصول 100% به صورت کامل ضمانت می شود واین امر سبب کاهش بسیاری از هزینه های جانبی نظیر تعویض قطعات ، هزینه نفر ساعت در گیر جهت باز و بسته کردن ، هزینه های ناشی از فرار روغن در اثر سایش زود هنگام بابیت و ... را در پی خواهد داشت.

مزایای مهم بابیت ریزی  به روش سانتریفیوژ   :

1- روش سانتریفیوژ همزمان با خنک کاری سریع موجب چسبندگی بهتر بابیت شده و بابیت کاری با کیفیت مطلوب انجام خواهد شد .

2- در این فرایند بابیت ریخته گری شده عاری از هر گونه ناخالصی ها ، گازهای حبس شده ، مک و نقایص دیگر خواهد بود .

3- در مقایسه با روش بابیت کاری با استفاده از اتصالات مکانیکی (ایجاد شیار های دم چلچله ای ) که سبب ترک و شکست بابیت خواهد شد این پدیده در روش ریخته گری سانتریفیوژ منتفی خواهد بود .

4- افزایش اطمینان از نتایج تست های UT و PT  در خصوص چسبند گی و وجود مک در بابیت

5- حصول حداکثر استحکام  چسبند گی و افزایش درصد سطح تماس بابیت  با پوسته  که در این روش میزان آن از 98 % به 100% خواهد رسید .

6- در این روش بابیت کاری به دلیل مکانیزه بودن فرایند ضمن تولید اقتصادی محصول تمام شده سبب کاهش خطاهای اپراتوری در انجام فرایند شده و قطعات ساخته شده از یکنواختی  و کیفیت بهتری برخوردار می باشند .

7- به دلیل چسبند گی بهتر بابیت به پوسته، حرارت محیط بابیت به قطعات جانبی انتقال یافته و از افزایش دمای بابیت جلوگیری می شود .

8- عدم تغییر شکل پوسته ( دفورمگی ) خارجی به علت یکنواخت سرد و گرم شدن قطعه

9- سختی بالاتر بابیت نسبت به روش استاتیک

10- برای شناسایی  نوع و ترکیب بابیت می توان از دستگاه کوانتومتری با پایه قلع و یا استفاده از روش آزمایشی شیمی تر برای آنالیز بابیت استفاده کرد .

11- جهت حصول از چسبندگی 100% بابیت می توان از روش التراسونیک برای تست چسبندگی و یا روش P.T جهت لبه ی یاتاقان استفاده نمود.

12- میتوان با استفاده از دستگاه سختی سنج ، سختی بابیت را بر حسب برینل به دست آورد .